Question

直角坐標(biāo)平面中，過點(diǎn)A₁（1，0）作函數(shù)f（x）=x²（x＞0）的切線l₁，其切點(diǎn)為B₁（x₁，y₁）；過點(diǎn)A₂（x₁，0）作函數(shù)g（x）=e^x（x＞0）的切線l₂，其切點(diǎn)為B₂（x₂，y₂）；過點(diǎn)A₃（x₂，0）作函數(shù)f（x）=x²（x＞0）的切線l₃，其切點(diǎn)為B₃（x₃，y₃）；如此下去，即過點(diǎn)A_2k-2（x_2k-2，0）作函數(shù)f（x）=x²（x＞0）的切線l_2k-1，其切點(diǎn)為B_2k-1（x_2k-1，y_2k-1）；過點(diǎn)A_2k-1（x_2k-1，0）作函數(shù)g（x）=e^x（x＞0）的切線l_2k，其切點(diǎn)為B_2k（x_2k，y_2k）；…．
（1）求x_2k-2與x_2k-1及x_2k-1與x_2k的關(guān)系；
（2）求數(shù)列{x_n}通項(xiàng)公式x_n；
（3）是否存在實(shí)數(shù)t，使得對(duì)于任意的自然數(shù)n，不等式

1

x2+1

+

2

x4+1

+

3

x6+1

+…+

n

x2n+1

+1≤t-

6

t

恒成立？若存在，求出這樣的實(shí)數(shù)t的取值范圍；若不存在，則說明理由．

Answer 1

分析：（1）可利用導(dǎo)數(shù)幾何意義求出以B_2k-1（x_2k-1，y_2k-1）為切點(diǎn)的切線l_2k-1的方程，又因?yàn)榍芯�l_2k-1過點(diǎn)A_2k-2（x_2k-2，0），代入可得x_2k-2與x_2k-1的關(guān)系；同理可得x_2k-1與x_2k的關(guān)系；
（2）由（1）的遞推關(guān)系可得x_2k=2x_2k-2+1，用構(gòu)造新數(shù)列法，可知數(shù)列{x_2k+1}為等比數(shù)列，從而求得此數(shù)列的通項(xiàng)公式，進(jìn)而求得{x_2k}的通項(xiàng)公式，再利用x_2k-2與x_2k-1的關(guān)系，求出數(shù)列{x_2k-1}的通項(xiàng)公式，最后寫出數(shù)列
{x_n}通項(xiàng)公式即可
（3）利用錯(cuò)位相減法將S_n=

1

x2+1

+

2

x4+1

+

3

x6+1

+…+

n

x2n+1

+1求和，再利用S_n+1-S_n＞0證明其為遞增數(shù)列，所以將S_n的最大值是

lim

n→∞

S_n，利用數(shù)列極限的求法可求出此值，再使t-

6

t

不小于這個(gè)極限值，解不等式得t的取值范圍

解答：解：（1）∵f′（x）=2x，
∴切線l_2k-1的方程為y-x_2k-1²=2x_2k-1（x-x_2k-1），又切線l_2k-1過點(diǎn)A_2k-2（x_2k-2，0），
∴0-x_2k-1²=2x_2k-1（x_2k-2-x_2k-1），且x_2k-1＞0，
∴x_2k-1=2x_2k-2．
∴x₁=2．
又∵g′（x）=（e^x）′=e^x，
∴切線l_2k的方程為y-ex2k=ex2k（x-x_2k），而切線l_2k過點(diǎn)A_2k-1（x_2k-1，0），
∴0-ex2k=ex2k（x_2k-1-x_2k），且x_2k＞0，
∴x_2k=x_2k-1+1．
∴x₂=x₁+1=3．
故x_2k-2與x_2k-1的關(guān)系為x_2k-1=2x_2k-2；  x_2k-1與x_2k的關(guān)系為x_2k=x_2k-1+1．
（2）由（1）可知x_2k=x_2k-1+1=2x_2k-2+1，即x_2k+1=2（x_2k-2+1），
∴數(shù)列{x_2k+1}為等比數(shù)列，且首項(xiàng)為4，
∴x_2k+1=4×2^k-1，即x_2k=2^k+1-1．
而x_2k-1=2x_2k-2=2（2^k-1）=2^k+1-2，故數(shù)列{x_n}通項(xiàng)公式為x_n=

2 n+3 2 -2(n為奇數(shù)) 2 n+2 2 (n為偶數(shù)).

（3）（理）令S_n=

1

x2+1

+

2

x4+1

+

3

x6+1

+…+

n

x2n+1

+1=

1

22

+

2

23

+

3

24

+…+

n

2n+1

，
∴

1

2

S_n=

1

23

+

2

24

+

3

25

+…+

n

2n+2

，
兩式相減得

1

2

S_n=

1

22

+

1

23

+

2

24

+

3

25

+…+

n

2n+1

-

n

2n+2

=

1 4 [1-2 1 n ]

1- 1 2

-

n

2n+2

=

1

2

（1-

1

2n

）-

n

2n+2

，
∴S_n=1-

1

2n

-

n

2n+1

=1-

n+2

2n+1

．
∴S_n+1-S_n=（1-

n+3

2n+2

）-（1-

n+2

2n+1

）=

n+1

2n+2

＞0，
∴數(shù)列{S_n}遞增．
又當(dāng)n≥6時(shí)，2ⁿ⁺¹=2（1+1）ⁿ=2（1+C_n¹+C_n²+C_n¹+CC_n³+…+C_n^n-3+C_n^n-2+C_n^n-1+C_nⁿ）＞4（1+C_n¹+C_n²）＞2（n²+n），
∴0＜

n+1

2n+1

＜

n+2

2(n2+n)

，而

lim

n→∞

n+2

2(n2+n)

=0，
∴

lim

n→∞

S_n=1．
∴對(duì)于任意的自然數(shù)n不等式恒成立等價(jià)于t-

6

t

≥1，
∴t[-2，0）∪[3，+∞）

點(diǎn)評(píng)：本題綜合考查了利用遞推公式求通項(xiàng)公式，錯(cuò)位相減求和，數(shù)列最值的求法，特別是與函數(shù)的結(jié)合，使本題的綜合性提高，解決本題需要扎實(shí)的基本功．